Atomy są maleńkimi jednostkami, które tworzą całą materię we wszechświecie. Energia atomu jest skupiona w jego jądrze. Stanowi siłę, trzymającą składniki jądra połączone ze sobą. W jądrze atomowym jest skumulowana duża ilość energii. Aby mogła być przekształcona np. w energię elektryczną, musi zostać z niego uwolniona. Dzieje się to w procesie rozszczepiania jąder atomowych.
Od energii jądrowej do energii elektrycznej
Reaktor jądrowy lub elektrownia, to miejsce, w którym jest wytwarzana energia jądrowa. W poszczególnych elementach tego układu, prowadzone są procesy rozszczepienia jąder atomowych. Paliwem, wykorzystywanym w tym celu, jest zwykle izotop promieniotwórczego uranu, 235U. W reaktorze atomowym następuje wymuszenie rozpadu jąder uranu, w wyniku którego dochodzi do uwolnienia niewielkich cząsteczek, nazywanych produktami rozszczepienia. W reaktorze jądrowym dochodzi do ich zderzeń z innymi izotopami uranu, rozpoczynając tym samym reakcję łańcuchową. W trakcie procesu, w reaktorze jądrowym wytwarza się dużo ciepła. Jest ono przekazywane do czynnika chłodzącego. Zwykle jest nim woda, która pod wpływem otrzymanego ciepła ogrzewa się. W efekcie powstaje para, która napędza turbiny turbogeneratora. W ten sposób energia jądrowa jest przekształcana w energię elektryczną, która jest najważniejszym obecnie zastosowaniem energii jądrowej.
Wykorzystanie energii jądrowej do produkcji wodoru
O wodorze mówi się, jako o paliwie przyszłości. Okazuje się, że energia wyzwalana w trakcie rozszczepienia jąder pierwiastków promieniotwórczych, z powodzeniem może zostać użyta do pozyskiwania tej cennej cząsteczki. Zdecydowana jego większość jest wytwarzana z gazu ziemnego w procesie reformingu parowego. Koncepcja zastosowania energii jądrowej do produkcji wodoru zakłada, że ciepło wytworzone w reaktorach zostanie przekazane do przerobu gazu ziemnego poprzez reforming parowy. Takie podejście może generować jednak duże ilości dwutlenku węgla, który jest uwalniany do atmosfery. Dlatego próbuje się doskonalić inne sposoby, jak np. elektroliza.
Wodór otrzymuje się w procesie elektrolizy wody. Tylko niewielkie ilości H2 są wytwarzane tą metodą. Istnieje możliwość podłączenia elektrolizerów do elektrowni jądrowych, aby uzyskać wodór metodą niskoemisyjną. Takie rozwiązania są dopiero w fazie testów. Potrzebne do nich ciepło i energia elektryczna mogłyby być pozyskiwane z energii jądrowej. Niektóre badania skupiają się na wytwarzaniu wodoru z wody, drogą termochemiczną.
Energia jądrowa, jako źródło napędu
Wykorzystanie paliwa jądrowego pozwala na otrzymanie znacznie większej ilości energii, w porównaniu do konwencjonalnych źródeł. Energia jądrowa już od kilkudziesięciu lat jest używana, jako źródło napędu np. okrętów czy statków kosmicznych.
W samolotach, pomysł napędu jądrowego nie do końca został zrealizowany. Na drodze stanęły przeszkody dotyczące dużego zagrożenia związanego z posługiwaniem się energią jądrową w jednostkach latających. Podobnie sytuacja wygląda w przypadku samochodów.
Idea napędu jądrowego w samochodach osobowych już od dawna była rozpatrywana. Umieszczenie w pojeździe reaktora jądrowego, który będzie źródłem napędu, wiąże się jednak z ogromnym zagrożeniem. Reaktor taki byłby generatorem neutronów. Są one silnie przenikliwymi cząstkami promieniowania jonizującego. Neutrony nie tylko zagrażałyby osobom wewnątrz pojazdu, ale również tym znajdującym się w jego pobliżu. Bezpieczeństwo oraz inne trudności konstrukcyjne, powodują, że napęd jądrowy w samochodach osobowych jest obecnie niezwykle trudny do zrealizowania.
W 1946 roku rozpoczęto konstrukcję pierwszej, amerykańskiej łodzi podwodnej o napędzie atomowym. Pomysł ten okazał się dużym sukcesem. Podobne rozwiązania następnie wykorzystano w radzieckim lodołamaczu “Arktyka”. Obecnie znaczna część okrętów cywilnych i wojskowych posługuje się energią jądrową, jako źródłem napędu.
Energia jądrowa w medycynie
Prowadzona obecnie diagnostyka oraz terapie różnych schorzeń z wykorzystaniem energii jądrowej, dają nadzieję na skuteczniejsze jej wykorzystanie w przyszłości. Prowadzone są badania nad jej zastosowaniem również do niwelowania skutków różnych schorzeń.
Przykładem zastosowania energii jądrowej w medycynie może być rentgenodiagnostyka, która polega na zarejestrowaniu promieniowania, wytwarzanego przez lampę rentgenowską, osłabionego z powodu częściowego pochłaniania przez pacjenta. Stosowane aparaty rentgenowskie pozwalają na wykonanie zdjęć np. klatki piersiowej czy czaszki.
Energia jądrowa jest wykorzystywana także do produkcji wielu leków, w balneologii (np. lecznicze kąpiele), a także do sterylizacji sprzętu medycznego i laboratoryjnego.
Pozostałe zastosowania energii jądrowej
- Zjawiska rozpadu promieniotwórczego znalazły szerokie zastosowanie do produkcji wydajnych baterii zasilających.
- W kosmonautyce energia jądrowa jest stosowana do napędzania sond kosmicznych, które mają za zadanie badanie układu słonecznego.
- W badaniach naukowych umożliwia przeprowadzanie procesu datowania wykopalisk archeologicznych oraz paleontologicznych.
- Energia jądrowa jest wykorzystywana w procesach odsalania wody. Metoda ta ma szczególne znaczenie w państwach, które mają niewielkie zasoby wody pitnej.
- Służy również do wykrywania zanieczyszczeń w rzekach czy jeziorach.